CN104659927B - 无线充电接收装置与应用其的无线充电系统 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种无线充电接收装置与应用其的无线充电系统。无线充电接收装置包含本体、金属壳、接收线圈与储电装置。金属壳耦接本体以形成一容置空间。金属壳具有开口与至少一狭缝。狭缝连通开口与金属壳的外缘。接收线圈置于金属壳与本体之间。接收线圈环绕定义出一通孔，通孔与金属壳的开口至少部分重叠。储电装置置于容置空间内，并电性连接接收线圈。电磁波能够通过金属壳的开口，与接收线圈进行磁耦合，借此接收线圈将电磁波的能量传递至储电装置。

Description

无线充电接收装置与应用其的无线充电系统

技术领域

本发明是有关于一种无线充电接收装置。

背景技术

无线充电技术是利用电磁原理达到充电效果，可使得电子产品在无需接线的情况下完成充电，借此提高电子产品的便利性，因此无线充电技术也成为业界主要发展的技术之一。

然而有些电子产品会加入金属外壳以增加电子产品的美观。不过对于具有金属外壳的电子产品而言，尤其是手持式装置，当其处于无线充电状态时，金属外壳会屏蔽电磁波。即使金属外壳能够以开设开口的方式让电磁波通过，电磁波仍然会在金属外壳产生感应电流。感应电流所产生的感应磁场通常会衰减充电效率。

发明内容

本发明的一方面提供一种无线充电接收装置，包含本体、金属壳、接收线圈与储电装置。金属壳耦接本体以形成一容置空间。金属壳具有开口与至少一狭缝。狭缝连通开口与金属壳的外缘。接收线圈置于金属壳与本体之间。接收线圈环绕定义出一通孔，通孔与金属壳的开口至少部分重叠。储电装置置于容置空间内，并电性连接接收线圈。电磁波能够通过金属壳的开口，与接收线圈进行磁耦合，借此接收线圈将电磁波的能量传递至储电装置。

在本发明一或多个实施方式中，无线充电接收装置还包含电容，电性连接接收线圈，用以调整接收线圈的共振频率。

在本发明一或多个实施方式中，电容置于接收线圈的一端点上。

在本发明一或多个实施方式中，无线充电接收装置还包含弹片，连接至接收线圈的一端点。电容通过弹片与接收线圈电性连接。

在本发明一或多个实施方式中，金属壳的狭缝为偶数个，且狭缝是对称于开口设置。

在本发明一或多个实施方式中，无线充电接收装置还包含接收模块，电性连接接收线圈与储电装置。

在本发明一或多个实施方式中，接收模块包含接收匹配电路、整流器、电压转换器与电源管理芯片。接收匹配电路用以匹配传输源与接收线圈之间的阻抗。整流器用以将接收线圈的感应电流转换为直流电。电压转换器用以调整直流电的电压。电源管理芯片连接储电装置。电源管理芯片用以将直流电传至储电装置，并管理储电装置的能量传递。

本发明的另一方面提供一种无线充电系统，包含无线充电传输装置与上述的无线充电接收装置。无线充电传输装置用以提供电磁波。

在本发明一或多个实施方式中，无线充电传输装置包含电源供应器与传输线圈。电源供应器用以提供电能。传输线圈用以将电能转变为电磁波。

在本发明一或多个实施方式中，无线充电传输装置还包含传输模块，电性连接电源供应器与传输线圈。传输模块包含放大器与传输匹配电路。放大器用以放大电源供应器提供的电能。传输匹配电路用以匹配传输线圈与接收线圈之间的阻抗。

在本发明一或多个实施方式中，传输模块还包含传输收发器与传输控制单元。传输收发器用以与无线充电接收装置相互通讯。传输控制单元电性连接传输收发器。传输控制单元用以根据无线充电接收装置的充电状态控制电源供应器的启闭。

在本发明一或多个实施方式中，无线充电传输装置还包含电容，电性连接传输线圈，用以调整传输线圈的发射频率。

因金属壳具有至少一狭缝，因此金属壳所产生的感应磁场的方向与接收线圈所产生的感应磁场的方向相同，有助于增加接收线圈的感应电流量，借此提高无线充电接收装置的充电效率。

附图说明

图1为本发明一实施方式的无线充电接收装置的示意拆解图；

图2A为图1的金属壳与接收线圈于充电状态的电流分布图；

图2B为狭缝不存在时的金属壳与接收线圈于充电状态的电流分布图；

图3为本发明一实施例的接收线圈的能量损失图；

图4为本发明另一实施方式的无线充电接收装置的示意拆解图；

图5为图1的接收线圈、储电装置与接收模块的功能方块图；

图6绘示本发明一实施方式的无线充电系统的功能方块图。

具体实施方式

以下将以附图揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些已知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。

图1为本发明一实施方式的无线充电接收装置100的示意拆解图。如图所示，无线充电接收装置100，例如手机、笔记型电脑、平板电脑或具有通讯功能的手持式装置，其至少包含本体110、金属壳120、接收线圈130、储电装置140、处理器、基板、显示元件与触控输入元件等。金属壳120耦接本体110且形成一容置空间，换言之，其亦覆盖本体110的至少一表面112。金属壳120具有开口122与至少一狭缝124，例如在图1中，金属壳120具有二狭缝124。狭缝124连通开口122与金属壳120的外缘126，其中狭缝124相对于开口122的延伸方向可依不同的设计而改变，图1中是以水平方向为例，当然也可是垂直或是其它任何方向，且狭缝124可具有不同的形状，不以此为限。接收线圈130置于金属壳120与本体110之间，较佳地是耦接于金属壳120上，其可依据实际设计的需求，合适地调整接收线圈130的大小与摆设位置。为了方便做解释，于本实施例中是以较夸张的划法来表现彼此元件间的相对位置。然于实际应用下，接收线圈130较佳地是环绕紧邻于开口122的周围。接收线圈130环绕定义出一通孔132，通孔132与金属壳120的开口122至少部分重叠，例如在图1中，通孔132重叠整个开口122，然而本发明不以此为限。储电装置140置于容置空间内，并电性连接于接收线圈130。电磁波能够通过金属壳120的开口122，与接收线圈130进行磁耦合，借此接收线圈130将电磁波的能量传递至储电装置140。

请一并参照图2A，其中图2A为图1的金属壳120与接收线圈130于充电状态的电流分布图。详细而言，电磁波EM可穿透金属壳120的开口122，而分别与金属壳120以及接收线圈130作磁耦合。举例而言，当电磁波EM的磁场方向为指出图面(在图2A中以☉代表)时，电磁波EM会在金属壳120的开口122周围产生顺时针方向的感应电流，而在接收线圈130产生逆时针方向的感应电流。请先参照图2B，其作为图2A的比较例，即图2B为图2A的狭缝124不存在时的电流分布图。详细而言，若金属壳120’不存在狭缝124，则因开口122周围及金属壳120的外缘126的感应电流，相较于接收线圈130的感应电流方向相反，因此此二部分的感应电流分别所产生的感应磁场会互相抵消，如此一来，接收线圈130所接收到的能量就会有明显衰减的情况产生。请再回到图1与图2A，然而在本实施方式中，金属壳120具有二狭缝124，因此在开口122周围的感应电流还会沿着狭缝124周围与金属壳120的外缘126流动，使得感应电流在狭缝124两侧的金属壳120中各自形成逆时针方向的封闭回路。如此一来，此两部分的感应电流能够分别形成感应磁场IM，其磁场方向与接收线圈130的感应磁场方向(亦指出图面)相同，因此感应磁场IM能够有助于增加接收线圈130的感应电流量，借此提高无线充电接收装置100的充电效率。另外应注意的是，在图1中的接收线圈130的匝数仅为例示，并非用以限制本发明。本发明所属领域具通常知识者，可依实际需求，弹性设计接收线圈130的匝数。

请回到图1。应注意的是，虽然在本实施方式中，狭缝124的数量为两个，但本发明不以此为限。在其他的实施方式中，狭缝124的数量可为一个，亦可达到改变感应电流方向的效果。而又在其他的实施方式中，金属壳120的狭缝124可为偶数个，且狭缝124是对称于开口122设置。换言之，金属壳120可被划分为多个金属块，使得每个金属块所产生的感应电流的方向较为一致，以充分达到改变感应电流方向的目的。

在本实施方式中，无线充电接收装置100例如可为手机，而金属壳120例如可为手机的背盖。金属材质的背盖不但可增加手机的美观，金属壳120的设计亦有助于无线充电接收装置100的充电效率，达到一举两得的功效。另一方面，虽然在图1中，金属壳120被开口122与狭缝124区分为二个金属块，然而可选择在狭缝124中填入绝缘材质或者以贴膜方式贴合二个金属块，皆可达到结合金属块的目的。

在本实施方式中，无线充电接收装置100可还包含电容150，电性连接于接收线圈130。电容150是用以调整接收线圈130的共振频率。换言之，本实施方式的无线充电接收装置100可使用磁共振(例如在6.78MHz)的方式来接收电磁波的能量。通过处理器来调整电容150的电容值，则可选择接收线圈130的共振频率。而当电磁波的传输源具有一特定的发射频率时，同步地调整接收线圈130的共振频率，使其与传输源的发射频率相同，则接收线圈130便能具有较佳的接收效率。

举例而言，请参照图3，其为本发明一实施例的接收线圈130的能量损失图。在本实施例中，当传输源具有约6.78MHz的发射频率，且接收线圈130(如图1所绘示)的共振频率亦为约6.78MHz时，理想状态下，其能量损失几乎为0dB，也就是几乎没有能量损失，故传输与接收效率是最佳的状态。因此通过调整接收线圈130的共振频率，确实有助于提升接收线圈130的接收效率。

接着请回到图1。在本实施方式中，电容150可置于接收线圈130的一端点134上。详细而言，电容150与接收线圈130可一并固定于金属壳120上。接收线圈130的一端点134可先串联电容150的一端点，之后电容150再与储电装置140作电性连接，例如电容150的另一端点可连接至弹片162，而弹片162再与储电装置140作电性连接。另一方面，接收线圈130的另一端点136则不通过电容150，而可直接连接弹片164，接着弹片164再电性连接至储电装置140。应注意的是，上述的弹片162与164仅为例示，并非用以限制本发明。本发明所属领域具通常知识者，可视实际需求，弹性选择接收线圈130与电容150电性连接至储电装置140的方式。

然而电容150的连接方式并不以上述的结构为限。接着请参照图4，其为本发明另一实施方式的无线充电接收装置100的示意拆解图。本实施方式与图1的实施方式的不同处在于电容150的位置。在本实施方式中，电容150置于本体110上。因此弹片162可连接至接收线圈130的一端点134，而电容150则通过弹片162与接收线圈130作电性连接。另一方面，接收线圈130的另一端点136则不通过电容150，而可直接连接弹片164，接着弹片164再电性连接至储电装置140。

接着请回到图1。在本实施方式中，无线充电接收装置100可还包含接收模块170。接收模块170电性连接接收线圈130与储电装置140，例如在图1中，接收线圈130可通过弹片162、164而与接收模块170电性连接。接收模块170可用以将接收线圈130所产生的能量的电性规格与储电装置140所能接收的电性规格作匹配，因此接收线圈130的感应电流可先传递至接收模块170，经过接收模块170的电性匹配后，再传递至储电装置140。举例而言，请参照图5，其为图1的接收线圈130、储电装置140与接收模块170的功能方块图。在本实施方式中，接收模块170至少包含接收匹配电路(Matching Circuit)172、整流器(Rectifier)174、电压转换器(DC-DC converter)176与电源管理芯片(Power Management IntegratedCircuit,PMIC)178。接收匹配电路172用以匹配传输源(未绘示)与接收线圈130之间的阻抗。整流器174用以将接收线圈130的感应电流转换为直流电。电压转换器176用以调整直流电的电压。电源管理芯片178连接储电装置140。电源管理芯片178用以将直流电传至储电装置140，并管理储电装置140的能量传递。本领域具有通常知识者都可理解，图1、图4与图5所揭示无线充电接收装置100的相关元件，皆可配置于容置空间内。

详细而言，当传输源传送电磁波至接收线圈130时，接收匹配电路172可匹配传输源与接收线圈130之间的阻抗，使得电磁波与接收线圈130之间有较好的磁耦合。之后接收线圈130所产生的感应电流被传递至整流器174，因此整流器174将感应电流整流为直流电。接着电压转换器176将直流电的电压调整至储电装置140所需的电压后进入电源管理芯片178，而后电源管理芯片178再将直流电传递至储电装置140，如此一来，即完成了无线充电接收装置100的充电程序。值得一提的是，当无线充电接收装置100需要使用能量时，电源管理芯片178会自储电装置140提取能量以供其他元件使用，因此电源管理芯片178亦兼具管理储电装置140的能量传递，亦可具有防止过度充电的功能。然而在其他的实施方式中，电源管理芯片178所输出的直流电在传递至储电装置140之前，直流电亦可先储存在一储电暂存装置(未绘示)内，待电源管理芯片178的指令，再将储电暂存装置的能量传递至储电装置140，以完成充电程序，其中储电暂存装置可位于接收模块170之内或外，且储电暂存装置是电性连接于电源管理芯片178与储电装置140之间。

接着请回到图1。无线充电接收装置100可还包含相机镜头190，设置于本体110上，且对应金属壳120的开口122处，换言之，相机镜头190可自开口122暴露出来。如此一来，金属壳120不必额外开设开口122。然而上述的相机镜头190仅为例示，在其他的实施方式中，开口122亦可选择设置于其他需暴露至金属壳120外的元件处，本发明不以此为限。

本发明的另一方面提供一种应用上述的无线充电接收装置100的无线充电系统。接着请参照图6，其为本发明一实施方式的无线充电系统的功能方块图。无线充电系统包含无线充电传输装置200与上述的无线充电接收装置100。无线充电传输装置200用以提供电磁波。换句话说，无线充电传输装置200能够将能量转换为电磁波形式而传递至无线充电接收装置100，以替无线充电接收装置100充电。

在本实施方式中，无线充电传输装置200至少包含电源供应器210与传输线圈220。电源供应器210用以提供电能。传输线圈220用以将电能转变为电磁波。详细而言，电源供应器210提供的电能可以电流形式传递至传输线圈220，因此电流在传输线圈220中能够产生感应磁场。而感应磁场以电磁波形式在空间中传递，接着与无线充电接收装置100的接收线圈130进行磁耦合，以进行无线充电接收装置100的充电。

其中为了能将电源供应器210所提供的电能转换为特定规格的电磁波，以利于与接收线圈130进行较佳的磁耦合，无线充电传输装置200可还包含传输模块230，电性连接电源供应器210与传输线圈220。传输模块230包含放大器232与传输匹配电路234。放大器232用以放大电源供应器210提供的电能。传输匹配电路234用以匹配传输线圈220与接收线圈130之间的阻抗。

详细而言，电源供应器210所提供的电能例如可先以电流形式传递至放大器232，因此放大器232可放大电流，增加其电能，以利于无线充电传输装置200进行远距传输。接着电流可流至传输匹配电路234，传输匹配电路234可匹配传输线圈220与接收线圈130之间的阻抗，使得传输线圈220所产生的电磁波与接收线圈130之间有较好的磁耦合。之后电流可流至传输线圈220而产生电磁波。

在一或多个实施方式中，无线充电传输装置200与无线充电接收装置100之间可进行信号沟通，以决定无线充电传输装置200是否要对无线充电接收装置100进行充电。详细而言，无线充电传输装置200的传输模块230可还包含传输收发器236与传输控制单元238。传输收发器236用以与无线充电接收装置100相互通讯。传输控制单元238电性连接传输收发器236。传输控制单元238用以根据无线充电接收装置100的充电状态以控制电源供应器210的启闭。另一方面，无线充电接收装置100的接收模块170还可包含接收收发器182与接收控制单元184。接收收发器182用以与无线充电传输装置200的传输收发器236相互通讯。接收控制单元184电性连接接收收发器182与电压转换器176。接收控制单元184能够通过电压转换器176取得储电装置140的充电状态，进而将充电状态的信息传递至传输收发器236。然而在其他的实施方式中，接收控制单元184亦能够通过电源管理芯片178取得储电装置140的充电状态，本发明不以此为限。

举例而言，当无线充电接收装置100需进行充电时，电源管理芯片178会将充电需求经由电压转换器176传递至接收控制单元184。而此充电需求接着会依序传递至接收收发器182、传输收发器236而到达传输控制单元238。因此传输控制单元238可下指令开启电源供应器210，使得无线充电传输装置200产生电磁波来对无线充电接收装置100进行充电。

当无线充电接收装置100的储电装置140充满电后，电源管理芯片178接着会将断电需求经由电压转换器176传递至接收控制单元184，而此断电需求亦依着上述路径被传递至传输控制单元238。因此传输控制单元238可接着下指令关闭电源供应器210，而无线充电传输装置200也就不会再产生电磁波，如此一来，无线充电接收装置100即充电完成。

另一方面，当无线充电接收装置100靠近无线充电传输装置200，但无线充电接收装置100并无充电需求时，无线充电接收装置100亦可传递断电需求至无线充电传输装置200，以使无线充电传输装置200不产生电磁波。

在本实施方式中，无线充电传输装置200还可包含电容240，电性连接传输线圈220，用以调整传输线圈220的发射频率。换言之，本实施方式的无线充电传输装置200可产生特定发射频率的电磁波。通过改变电容240的电容值，可选择传输线圈220的发射频率。另一方面，无线充电接收装置100亦可包含电容150，借此调整接收线圈130的共振频率，以与来自无线充电传输装置200所发射电磁波的发射频率为相同而产生共振，借此增加两者之间的能量耦合。而在本实施例中，较佳的共振频率是设定在6.78MHz，此为无线充电联盟(A4WP，Alliance for Wireless Power)所制订的磁共振频率。请再看图3，无线充电传输装置200可产生特定发射频率的范围可介于0～10MHz之间，换言之，无线充电传输装置200与无线充电接收装置100可于此范围内做能量的传输与接收，但效率会依操作频率而有所不同。

请回到图6。然而在另一实施方式中，无线充电接收装置100可不包含电容150，因此接收线圈130的操作频率无法同步地相对于该无线充电传输装置200的共振频率做调整，但能量仍可于两者间做传输与接收，而无线充电接收装置100的接收线圈130是以磁感应方式与电磁波进行磁耦合，然因电容150的存在，故可将无线充电传输装置200的操作频率设定于6.78MHz，以改善充电效率。不过在再一实施方式中，无线充电传输装置200可不包含电容240，而经由传输线圈220所传输的操作频率是在0～10MHz范围之间，且无线充电接收装置100可包含电容150，通过调整接收线圈130的共振频率与传输线圈220所输出的操作频率为相同时，接收线圈130便可以磁共振方式与电磁波进行磁耦合，举例来说，若传输线圈220输出的操作频率为8MHz时，则可调整接收线圈130的共振频率，使两者一致；若传输线圈220输出的操作频率接近6.78MHz时，亦可调整接收线圈130的共振频率为6.78MHz，使其达到最佳的充电效率。也就是说，只要是无线充电接收装置100与无线充电传输装置200至少其中一者包含电容150与/或240，即可达到增进无线充电接收装置100与无线充电传输装置200之间的磁耦合的效果。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (11)

1.一种无线充电接收装置，其特征在于，包含：

一本体；

一金属壳，耦接该本体以形成一容置空间，该金属壳具有一开口与至少一狭缝，该狭缝连通该开口与该金属壳的外缘，该金属壳的该狭缝为偶数个，且这些狭缝是对称于该开口设置；

一接收线圈，置于该金属壳与该本体之间，该接收线圈环绕定义出一通孔，该通孔与该金属壳的该开口至少部分重叠；以及

一储电装置，置于该容置空间内，并电性连接该接收线圈，其中一电磁波能够通过该金属壳的该开口，与该接收线圈进行磁耦合，借此该接收线圈将该电磁波的能量传递至该储电装置。

2.根据权利要求1所述的无线充电接收装置，其特征在于，还包含：

一电容，电性连接该接收线圈，该电容用以调整该接收线圈的共振频率。

3.根据权利要求2所述的无线充电接收装置，其特征在于，该电容置于该接收线圈的一端点上。

4.根据权利要求2所述的无线充电接收装置，其特征在于，还包含：

一弹片，连接至该接收线圈的一端点，其中该电容通过该弹片与该接收线圈电性连接。

5.根据权利要求1所述的无线充电接收装置，其特征在于，还包含：

一接收模块，电性连接该接收线圈与该储电装置。

6.根据权利要求5所述的无线充电接收装置，其特征在于，该接收模块包含：

一接收匹配电路，用以匹配一传输源与该接收线圈之间的阻抗；

一整流器，用以将该接收线圈的感应电流转换为直流电；

一电压转换器，用以调整该直流电的电压；以及

一电源管理芯片，连接该储电装置，该电源管理芯片用以将该直流电传至该储电装置，并管理该储电装置的能量传递。

7.一种无线充电系统，其特征在于，包含：

一无线充电传输装置，用以提供该电磁波；以及

如权利要求1至6任一项所述的无线充电接收装置。

8.根据权利要求7所述的无线充电系统，其特征在于，该无线充电传输装置包含：

一电源供应器，用以提供一电能；以及

一传输线圈，用以将该电能转变为该电磁波。

9.根据权利要求8所述的无线充电系统，其特征在于，该无线充电传输装置还包含一传输模块，电性连接该电源供应器与该传输线圈，其中该传输模块包含：

一放大器，用以放大该电源供应器提供的该电能；以及

一传输匹配电路，用以匹配该传输线圈与该接收线圈之间的阻抗。

10.根据权利要求9所述的无线充电系统，其特征在于，该传输模块还包含：

一传输收发器，用以与该无线充电接收装置相互通讯；以及

一传输控制单元，电性连接该传输收发器，其中该传输控制单元用以根据该无线充电接收装置的充电状态控制该电源供应器的启闭。

11.根据权利要求8所述的无线充电系统，其特征在于，该无线充电传输装置还包含一电容，电性连接该传输线圈，该电容用以调整该传输线圈的发射频率。